Ветроэнергетическая установка и способ эксплуатации ветроэнергетической установки

Ветроэнергетическая установка и способ эксплуатации ветроэнергетической установки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к ветроэнергетической установке и способу эксплуатации ветроэнергетической установки.

Ниже определенных температур на лопастях ротора ветроэнергетической установки может образовываться лед. Такое образование льда, или соответственно намораживание льда, является весьма нежелательным, поскольку это может подвергать опасности людей или сооружения вокруг ветроэнергетической установки, когда лед отпадает от лопастей ротора и разлетается по окрестностям. Кроме того, результатом образования или соответственно намораживания льда на лопасти ротора ветроэнергетической установки является изменение динамических характеристик, при этом ветроэнергетические установки не могут работать в оптимальном режиме.

В публикации WO 2004/104412 A1 описан способ эксплуатации ветроэнергетической установки, в котором регистрируется температура в окружающей среде ветроэнергетической установки. В дополнение, регистрируются рабочие параметры ветроэнергетической установки. Если зарегистрированные рабочие параметры отличаются от сохраненных рабочих параметров, проверяется наружная температура. Если наружная температура ниже предельной величины, это может влиять на работу ветроэнергетической установки. Если температура выше предельной величины, то сохраняемые величины параметров согласуются с зарегистрированными параметрами.

В публикации WO 2010/131522 A1 описан способ эксплуатации ветроэнергетической установки, в котором рабочие параметры ветроэнергетической установки регистрируют и сравнивают с заданными контрольными величинами. Если разница между зарегистрированными рабочими параметрами и контрольными рабочими параметрами превышает предельную величину, лопасть ротора нагревается для удаления образовавшейся наледи.

По приоритетной германской заявке, германским ведомством по патентам и торговым маркам проведено исследование следующих документов: DE 196 21 485 A1, US 2010/0034652 A1, US 2010/0119370 и материала Cattin, R. et al. "Four years of monitoring a wind turbine under icing conditions", 13th International Workshop on Atmospheric Icing of Structures, 11th September 2009, 1-5.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание ветроэнергетической установки и способа эксплуатации ветроэнергетической установки, которые обеспечивают повышенную эффективность работы ветроэнергетической установки даже при низких температурах.

Данную задачу решают ветроэнергетическая установка по пунктам 1 и 5 формулы изобретения и способ эксплуатации ветроэнергетической установки по пункту 4 формулы изобретения.

Таким образом, предложена ветроэнергетическая установка, имеющая по меньшей мере одну лопасть ротора, систему обогрева лопастей для обогрева по меньшей мере одного участка по меньшей мере одной лопасти ротора, по меньшей мере один температурный датчик для регистрации наружной температуры в зоне или соответственно в окружающей среде ветроэнергетической установки, по меньшей мере один датчик влажности воздуха для регистрации влажности воздуха в зоне или соответственно в окружающей среде ветроэнергетической установки и блок управления для активирования системы обогрева лопастей, если температура падает ниже предельной величины и если превышена предельная величина влажности воздуха, причем предельная величина температуры составляет +5°C и предельная величина влажности воздуха составляет 70%.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предельная величина температуры составляет +2°C и предельная величина влажности воздуха составляет приблизительно 95%.

Изобретение аналогично относится к способу эксплуатации ветроэнергетической установки, которая имеет по меньшей мере одну лопасть ротора, систему обогрева лопастей для обогрева по меньшей мере одного участка лопастей ротора, температурный датчик для регистрации наружной температуры в зоне ветроэнергетической установки и по меньшей мере один датчик влажности воздуха для регистрации влажности воздуха в зоне ветроэнергетической установки. Система обогрева лопастей активируется, если температура падает ниже предельной величины и если превышена предельная величина влажности воздуха. Предельная величина температуры составляет +5°C и предельная величина влажности воздуха составляет 70%.

Изобретение также относится к ветроэнергетической установке, имеющей лопасть ротора, систему обогрева лопастей ротора для обогрева лопасти ротора, температурный датчик для регистрации наружной температуры в зоне ветроэнергетической установки, датчик влажности воздуха для регистрации влажности воздуха в зоне ветроэнергетической установки и блок управления для активирования системы обогрева лопастей, если температура падает ниже 2°C и если превышена предельная величина градиента влажности воздуха.

Изобретение относится к концепции превентивного активирования системы обогрева лопасти ротора, т.e. до нарастания или соответственно образования льда на лопастях ротора ветроэнергетической установки. Система обогрева лопастей ротора активируется в зависимости от наружной температуры и относительной влажности воздуха или соответственно от изменения влажности воздуха.

Дополнительные варианты осуществления изобретения составляют объект зависимых пунктов формулы изобретения.

Преимущества и примеры осуществления изобретения более подробно описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:

фиг.1 - ветроэнергетическая установка согласно изобретению,

фиг.2 - блок-схема ветроэнергетической установки согласно изобретению.

На фиг.1 показана ветроэнергетическая установка согласно изобретению. Ветроэнергетическая установка 100 имеет башню 102 и гондолу 104. На гондоле 104 установлен ротор 106, который имеет три лопасти ротора 108 и обтекатель 110. При эксплуатации ротор 106 приводится во вращение ветром и при этом приводит в действие электрический генератор в гондоле 104. Лопасть ротора имеет переднюю кромку 108a и заднюю кромку 108b.

На фиг.2 показана блок-схема ветроэнергетической установки согласно изобретению. Ветроэнергетическая установка 100 согласно изобретению имеет генератор 200, блок 300 управления, систему 400 обогрева для обогрева по меньшей мере одного участка лопастей ротора 108 и множество датчиков 500. Датчики 500 представляют по меньшей мере один температурный датчик 510 для регистрации температуры вблизи или соответственно в окружающей среде ветроэнергетической установки и датчик 520 влажности, оборудованный для регистрации влажности воздуха вблизи или соответственно в окружающей среде ветроэнергетической установки 100. Результаты измерения датчиков 500 передаются в блок 300 управления, который затем на основе данных результатов измерения активирует систему 400 обогрева для обогрева лопастей ротора 108.

Система 400 обогрева лопастей таким образом управляется или активируется в зависимости от наружной температуры и относительной влажности воздуха. С помощью превентивного активирования системы 400 обогрева лопастей наледи в важных для аэродинамики зонах лопастей ротора можно предотвращать, не дожидаясь их появления. Для данной цели систему 400 обогрева лопастей активируют и лопасти ротора нагревают, по меньшей мере в важных для аэродинамики зонах. Данной важной для аэродинамики зоной является, в частности, зона передней кромки лопасти ротора. Зоны, которые менее важны для аэродинамики, например зона задней кромки лопасти ротора, можно также сохранять свободными от льда посредством системы 400 обогрева лопастей. Это выполняется, однако, только по необходимости.

Согласно изобретению превентивный обогрев лопастей системой 400 обогрева лопастей активируется, когда блок 300 управления работой ветроэнергетической установки находится в автоматическом режиме работы. Например, предельные величины влажности воздуха и наружной температуры можно закладывать или соответственно сохранять в блоке 300 управления. Согласно одному примеру осуществления изобретения система 400 обогрева лопастей активируется в случае влажности воздуха больше 70% и в случае наружной температуры <+5°C; опционально система обогрева лопастей активируется при наружной температуры ≤+2°C и влажности воздуха ≥95%.

Опционально можно предусмотреть датчик 540 давления воздуха, а также датчики 530 мониторинга доступа к ветроэнергетической установке.

Согласно изобретению предельную величину влажности воздуха и наружной температуры можно выбирать в зависимости от площадки установки ветроэнергетической установки.

Чем выше температура (или соответственно предельная величина), тем быстрее активируется система обогрева лопасти ротора. Чем выше влажность воздуха (или соответственно предельная величина), тем позже активируется система обогрева.

Опционально датчик наружной температуры и датчик относительной влажности (датчик влажности) можно предусмотреть смежно и в гондоле. Датчик наружной температуры имеется в существующих ветроэнергетических установках, так что дооснащение требуется только датчиком относительный влажности.

Согласно изобретению система 400 обогрева лопастей активируется блоком 300 управления, если наружная температура, зарегистрированная температурным датчиком 510, составляет ≤+2°C и относительная влажность воздуха составляет ≥70%, т.e. система обогрева лопастей опционально активируется, если температура воздуха падает ниже предельной величины и влажность воздуха превышает предельную величину. Активирование системы 400 обогрева лопастей блоком 300 управления может выполняться независимо от того, работает ветроэнергетическая установка или нет. Предпочтительно, электроэнергия, требуемая для системы 400 обогрева лопастей, отбирается, в первую очередь, из электроэнергии, генерируемой ветроэнергетической установкой.

Систему 400 обогрева лопастей можно сконструировать, в частности, такой, что важные для аэродинамики участки, например передняя кромка 108a, обогреваются для предотвращения обледенения.

Согласно изобретению можно назначать максимальную мощность, потребляемую системой 400 обогрева лопастей. В случае если ветроэнергетическая установка не дает достаточной электрической мощности, например при отсутствии ветра, электропитание, требуемое для системы 400 обогрева лопастей, можно получать из сети. Это, однако, действительно только до определенной выше максимальной допустимой мощности системы 400 обогрева лопастей.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения блок 300 управления можно выполнить с возможностью обнаружения наледи на лопастях ротора 108 ветроэнергетической установки 100 с помощью сравнения текущей кривой мощности с сохраненной кривой мощности. В качестве альтернативы возможны другие известные способы идентификации наледи. Если обнаруживается наледь на лопастях ротора 108, несмотря на активирование превентивной системы 400 обогрева лопастей, ветроэнергетическая установка 100 может останавливаться в случае аварийной ситуации. В данном случае блок 300 управления может переключать превентивный режим обогрева лопастей на автоматическое устранение обледенения с лопастей, так что обледенение устраняется с лопастей ротора 108 системой 400 обогрева лопастей. Когда операция устранения обледенения с лопастей завершается, блок 300 управления может выполнять переключение обратно на автоматический режим работы, и превентивную систему 400 обогрева лопастей можно активировать согласно наружной температуре и влажности воздуха.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения блок 300 управления может активировать или деактивировать превентивную систему 400 обогрева лопастей, как только включается ремонтный переключатель, активируется переключатель останова или в ветроэнергетическую установку входит персонал. Для данной цели можно оборудовать соответствующие датчики 530 на ремонтном переключателе ветроэнергетической установки, на переключателе останова или на двери ветроэнергетической установки. Когда обслуживающий персонал покинул ветроэнергетическую установку вновь и снова активирован нормальной режим работы ветроэнергетической установки, блок 300 управления активирует превентивную систему 400 обогрева лопастей, если наружная температура падает ниже предельной величины и относительная влажность воздуха превышает предельную величину.

Согласно изобретению опционально можно предусмотреть датчик 540 для определения давления воздуха вблизи или соответственно в окружающей среде ветроэнергетической установки. Блок 300 управления можно выполнить с возможностью управлять работой системы 400 обогрева лопастей в зависимости от давления воздуха, зарегистрированного датчиком 540 давления воздуха.

Согласно дополнительному примеру осуществления изобретения блок управления активирует систему обогрева лопастей, если температура падает ниже предельной величины, составляющей 2°C, и градиент влажности воздуха превышает предельную величину. Чем больше градиент влажности воздуха, тем быстрее должна активироваться система обогрева лопастей. Таким образом, не только температура, но также градиент влажности воздуха, т.e. скорость изменения влажности воздуха, учитывается при активировании системы обогрева лопастей.

Систему обогрева лопастей согласно изобретению можно выполнять как систему воздушного обогрева, как обогревающие маты и т.д.

1. Ветроэнергетическая установка (100), имеющая

по меньшей мере одну лопасть (108) ротора,

систему (400) обогрева лопастей для обогрева по меньшей мере одного участка по меньшей мере одной лопасти (108) ротора,

по меньшей мере один температурный датчик (510) для регистрации наружной температуры в зоне или в окружающей среде ветроэнергетической установки (100),

по меньшей мере один датчик (520) влажности воздуха для регистрации влажности воздуха в зоне или в окружающей среде ветроэнергетической установки (100), и

блок (300) управления для активирования системы (400) обогрева лопастей, если температура падает ниже предельной величины и если превышена предельная величина влажности воздуха,

причем предельная величина температуры составляет +5°С и предельная величина влажности воздуха составляет 70%.

2. Ветроэнергетическая установка по п. 1,

в которой система (400) обогрева лопастей выполнена с возможностью обогрева передней кромки по меньшей мере одной лопасти (108) ротора.

3. Способ эксплуатации ветроэнергетической установки, имеющей по меньшей мере одну лопасть (108) ротора, систему (400) обогрева лопастей для обогрева по меньшей мере участка по меньшей мере одной лопасти (108) ротора, по меньшей мере один температурный датчик (510) для регистрации наружной температуры в зоне ветроэнергетической установки (100) и по меньшей мере один датчик (520) влажности воздуха для регистрации влажности воздуха в зоне ветроэнергетической установки (100), содержащий следующие этапы:

измерение наружной температуры в зоне ветроэнергетической установки (100) по меньшей мере одним температурным датчиком (510),

измерение влажности воздуха в зоне ветроэнергетической установки (100) по меньшей мере одним датчиком (520) влажности воздуха и

активирование системы (400) обогрева лопастей, если температура падает ниже предельной величины и если превышена предельная величина влажности воздуха,

причем предельная величина температуры составляет 5°С и предельная величина влажности воздуха составляет 70%.

4. Ветроэнергетическая установка (100),

имеющая

по меньшей мере одну лопасть (108) ротора,

систему (400) обогрева лопастей для обогрева по меньшей мере одного участка по меньшей мере одной лопасти (108) ротора,

по меньшей мере один температурный датчик (510) для регистрации наружной температуры в зоне или в окружающей среде ветроэнергетической установки (100),

по меньшей мере один датчик (520) влажности воздуха для регистрации влажности воздуха в зоне или в окружающей среде ветроэнергетической установки (100), и

блок (300) управления для активирования системы (400) обогрева лопастей, если температура падает ниже предельной величины и если превышена предельная величина влажности воздуха,

причем предельная величина температуры составляет +2°С и предельная величина влажности воздуха составляет 95%.

5. Ветроэнергетическая установка по п. 4,

в которой система (400) обогрева лопастей выполнена с возможностью обогрева передней кромки по меньшей мере одной лопасти (108) ротора.

6. Способ эксплуатации ветроэнергетической установки, имеющей по меньшей мере одну лопасть (108) ротора, систему (400) обогрева лопастей для обогрева по меньшей мере участка по меньшей мере одной лопасти (108) ротора, по меньшей мере один температурный датчик (510) для регистрации наружной температуры в зоне ветроэнергетической установки (100) и по меньшей мере один датчик (520) влажности воздуха для регистрации влажности воздуха в зоне ветроэнергетической установки (100), содержащий следующие этапы:

измерение наружной температуры в зоне ветроэнергетической установки (100) по меньшей мере одним температурным датчиком (510),

измерение влажности воздуха в зоне ветроэнергетической установки (100) по меньшей мере одним датчиком (520) влажности воздуха и

активирование системы (400) обогрева лопастей, если температура падает ниже предельной величины и если превышена предельная величина влажности воздуха,

причем предельная величина температуры составляет +2°С и предельная величина влажности воздуха составляет 95%.